浅析无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统

袁昊宇

（广东电网有限责任公司惠州供电局，广东 惠州 516001）

电力属于重要的民生资源，电力网络的正常运行与社会正常发展具有紧密联系。智能电网建设速度不断加快，为了更加稳定、安全的向社会供应电力，需要投入更多的研究经费以及研究资源等加大升级更新电力系统设备监控系统的研究力度，尤其要注重现代化信息技术的引进。电力系统中包含数量庞大的配电变压器节点，并且其中电网线路也极为复杂，构建的实时监控系统需要动态化监控电力传输的各个环节以及电力设备的各个节点。以往应用有线通信方式监控电力系统设备，导致相关技术人员以及硬件铺设人员面对巨大的工作压力和挑战，在各类先进技术不断涌现的发展环境中，电力系统设备监控开始加强无线通信技术的应用。大部分情况下，电力系统依靠远程终端测量单元进行远程监控，上述单元可以获得接电注入功率以及电压幅值等多元化的测量数据，不过，在对母线间相位差等极为关键的数据获取时，常遇到诸多阻碍，应用向量测量单元这一精密检测装置可以对上述问题妥善解决。

1 无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统构建的必要性

无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统有效集合了无线通信技术、监控技术以及传感技术，主要可以实时监测电力自动化综合系统中的各类设备的实际运行状态，在发现设备故障的同时，及时将相关故障信息上传至电力调度中心，以便安排相关技术人员分析故障信息，第一时间采取有效措施解决故障问题，有效控制电力故障范围，最大限度地保障电力系统设备的稳定、安全和高效运行。另一方面，借助远程实时监控系统提供的设备故障数据，相关维修人员可以快速的制定具有针对性的维修方案，大幅度缩短设备维修时间，避免电力系统中某一设备故障引发巨大的安全事故。

2 无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统总体架构

2.1 设计思路浅析

为了实现电力系统设备整个生命周期的计算机化管理，所构建的无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统应当具备使用者和管理者实时监控电力系统设备的功能，这属于该监控系统首要完成的功能，其以动态图形式对设备状态进行显示，以便及时了解其是处于正常运行状态还是事故停机状态，同时还可以对停机原因是因为人为控制还是设备故障引起进行查询，同时系统还具备完整、准确记录设备运行时间以及设备事故时间的查询功能。为了方便使用，最终所构建的实时监控系统应当满足操作简便、界面友好、灵活、实用、安全以及时效性的要求。

2.2 总体架构分析

（1）本文所设计的无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统主要的组成部分包括GPRS 网络、监控终端以及监控中心服务器等，系统具体结构图如图1所示。GPRS 监控终端在采集现场数据时主要依靠向量测量单元，以此来进行现场保护以及控制。监控终端与监控中心之间则利用GPRS 网络传输透明数据，监控中心在系统中主要需要负责现场数据的分析工作，并且还承担着发送相关控制指令的任务，平时主要是对数据库进行维护。监控系统在对电力系统设备有关数据进行采集时主要借助GPRS 终端的向量测量单元，之后传输数据到移动基站，移动公司服务器接受数据后，依靠Internet 网络的支撑功能进一步被传输至监控中心的以太网，要想实现上述网络和以太网之间的有效连接，还需要设计通信服务器。最后，以太网所获取的相关数据被传输到监控中心后，要想发挥实时监控电力系统设备的功能，还需要决策支持服务器以及数据库服务器等的共同作用。

图1

（2）研究运用了无线通信网络的监控系统的GPRS监控终端的无线收发装置，主要为GPRS 无线模块，其主要在监控终端连接GPS 网络时扮演着关键角色，在实现有效连接之后可以发送分组数据协议激活上下文，借助网关GPRS 支持节点可以对相应的IP 地址进行科学合理的分配，确保可以与外部网络实现有效连接，完成上述连接后再继续对数据进行传输。上述监控终端在精准、实时采集设备实际运行数据时，向量测量单元所发挥的重要作用不容忽视，构建数据包时，主要参考的依据为应用层协议，之后发送至监控中心。在这一过程，监控终端还可以响应监控中心的控制指令以及数据请求。监控中心和监控终端两者之间在对相关数据进行传输时，主要的流程可以简单概括为：①先通过串行接口GPRS模块从微控单元获取目标数据；②之后依据GPRS 分组数据形式处理数据发送给基站；③GPRS 服务支持节点封装分组数据并且有效发送给GPRS IP 骨干网。当分组数据属于另一个GPRS 终端接受的情况下，还需要先将分组数据发送到目的GPRS 服务支持节点，之后借助基本服务集发送到GPRS 终端。

3 无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统硬件结构及向量测量单元优化配置

该系统GPRS 监控终端主要涉及了相关通信模块以及智能监控仪表等，主控处理作为这一系统的核心，所发挥的关键作用不容忽视。选择LPC2106 不仅可以做到实时跟踪，还可以实现实时仿真，属于ARM7TDMI-S CPU，其主要组成部分可以细分为64KBSRAM、两线串行口以及128KB 高速Flash。在对GPRS 网络发送的指令进行剖析时，主控处理器属于关键的处理单元，以此来有效管理智能仪表，同时可以对设备实际状态开展动态化监管。

GR47 无线模块属于GPRS 模块的关键组成部分，之所以选择这一模块，主要是因为考虑到需要利用模块中的GSM/GPRS 全套数据以及语音功能，并且这一模块的无线数据传输通道也具有更多的选择性，可以分为SMS与GPRS。

在具体应用过程中，用户可以根据实际使用需求以及具体的应用环境对GR47 合理配置，促进监控服务器与LPC2106 之间透明穿行数据传输的实现。SIM 卡在采集GPRS 网络服务中同样发挥重要作用，值得注意的是，在实际应用这一卡时必须开通GPRS 服务，否则GPRS 终端将无法实现正常运转。E2PROM 在系统中最主要的功能是对用户数据进行有效存储，并且只要一次配置就可以免去后续繁杂的重复配置操作。LPC2106 主要依靠调试接口与上位机进行通信，这一接口不仅可以写入代码，还能够设置LPC2106、对总线上传输的数据分析，为监控以及调试系统的正常运行提供方便。

将向量测量单元安装在电力系统的节点上，主要是为了测量电力系统节点的相连之路电流、电压相量等重要数据，同时，还发挥着对设备监控测量数据进行精准化采集的重要作用。简单来说，就是借助向量测量单元监控安装节点以及相邻接点的运行状态。不过，向量测量单元可以观测通道的数量是有限的，不同制造商生产的向量测量单元装置也存在较大差距，因此，不同厂家生产的产品观测通道数目很难达成一致，需要重视向量测量单元的优化配置。

4 无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统的实际应用

以某地区变电站真实电力系统内设备有关数据作为远程实时监控系统实际应用的研究对象，借助Matlab仿真软件进行相应的仿真实验。上述变电站电力系统设备主要包括发电设备以及供电设备，发电机、电站锅炉以及蒸汽轮机等属于主要的发电设备，而接触器以及互感器等属于关键的供电设备，实验具体推进时，主要需要进行两方面的验证试验，包括无线通信网络传输性能验证以及监控输出性能验证。在本次试验中还应用了基于智能视觉物联网的变电站红外监测系统以及变电站直流电源远程监测系统，以此来更好地对比实验结果。

4.1 测试无线通信网络传输性能

（1）对无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统以及其他两种系统在不同数据包数量情况下的数据传输成功率进行对比，可以发现，后两种系统在数据包数量不断增加的情况下，传输数据的冲功率却表现出不断下降的情况，这两种系统分别下降至70%以下和60%以下，此时，无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统依旧保持超过90%的传输效率，并且表现出平稳的变化趋势，由此可知，该系统在网络数据传输方面性能优越。

（2）对不同系统的数据传输过程平均速率变化情况进行对比，可以发现，本文所研究的无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统网络传输速率相比以往所应用的系统具有突出优势，由此可以推测，该系统在数据传输方面同样优势明显，主要是因为GPRS 无线通信网络发挥作用，促进系统数据传输速度、准确率以及效率的全面提升。

（3）数据传输过程，一旦发生程度严重的时延，将导致用户使用体验大打折扣，结合相关的试验数据可以了解到，应用了无线通信技术的监控系统在时延方面同样具有明显优势，并且不会产生太大波动，可以显著提升用户体验感。

（4）验证系统数据传输性能的一个重要指标为误码率，通过这3 种系统的误码率对比试验可知，无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统误码率最低，因此，这一系统数据传输的可靠性也极为突出，可以更好地满足系统数据的传输需求。

4.2 对比监控性能

在相关仿真模拟软件中对上述3 种系统对于电力系统设备的监控状态进行模拟，并且对比真实电力设备运行数据，以此来进一步深入验证系统监测的准确性，考虑到电力系统设备基本处于室外环境中，自然环境会明显影响电力系统设备的监测，仿真系统中同样需要对不同天气状况进行模拟。通过对比分析试验数据发现：如果为普通阴雨天气，对比系统的检测结果较为准确；处于极端恶劣天气环境当中，这两种系统的监测准确率大幅度下降，基本不超过80%，但是无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统的监测准确率依旧可以超过90%。

5 结语

综上所述，电力系统不断升级的过程，相关的监控系统也在不断进行更新，为了保障电力系统中多元化的设备可以始终维持良好的运行状态，需要重视设备运行状态的有效监控。将无线通信网络技术应用至电力系统设备监控系统中，可以进一步提升监控系统的监测性能，为电力系统设备的及时、准确维修提供可靠依据，构建无线通信网络的电力系统设备远程实时监控系统可以更好地适应恶劣的自然环境，精准、实时、准确地将设备监测数据传输至控制中心，为电力系统设备监控工作的全面优化提供有力的支撑。